Dzięki nim wkraczamy w świat mechaniki kwantowej, w której większość rzeczy opiera się głównie na rachunku prawdopodobieństwa.

Klasyczne komputery przetwarzają informacje bazując na bitach, które mogą przyjmować dwie wartości: „0” lub „1”. W komputerze kwantowym nośnikiem informacji jest kubit - kwantowy bit (ang. quantum bit), który w niczym nie przypomina zwykłego bitu, gdyż za jego funkcjonowanie odpowiada fizyka kwantowa. Kubit przyjmuje tzw. superpozycję, w której „0” oraz „1” występują w tym samym czasie. W modelu kwantowym zamiast dwóch możliwości, pojawiają się skomplikowane połączenia, które zostały nazwane splątaniami. Dwa kubity to cztery splątane ze sobą wartości (00, 01, 10, 11), trzy kubity – to osiem splątanych wartości (000, 001, 010, 100, 101, 110, 011, 111) i tak dalej. Takich stanów nie traktuje się jako odrębnych, dlatego nazwane są splątanymi. Kubity łączone są w większe rejestry kwantowe, pozwalając tym samym na prowadzenie bardziej złożonych obliczeń, które są następnie przetwarzane przez specjalne bramki kwantowe, tworząc tzw. obwody kwantowe.

Podczas, gdy tradycyjny komputer wykonuje operacje w sposób sekwencyjny, jedna po drugiej, dzięki splątaniu kubitów, komputer kwantowy jest w stanie wykonać obliczenia w jednym kroku jednocześnie na wszystkich wartościach. Pozwala to zapisać ogromną ilość informacji i daje potężną moc obliczeniową. Proces ten jest szybszy niż prędkość światła. Komputery kwantowe w kilka sekund wykonują obliczenia, które klasykowi zajęłyby nawet kilka lat. Błyskawicznie wyszukują potrzebne informacje w ogromnych ilościach danych i pozwalają rozważyć jednocześnie kilka wariantów rozwiązania jakiegoś problemu. Na świecie istnieje kilka komputerów kwantowych.

Do porównania ich wydajności używa się wskaźnika zwanego pojemnością kwantową. Działają w oparciu o algorytmy, z których najbardziej znany jest algorytm Shora z 1994 r. Polega on na rozkładzie dużych liczb na liczby pierwsze, co stanowi podstawę systemu kryptograficznego RSA (Rivesta-Shamira-Adlemana). Drugim również znanym algorytmem jest algorytm Grovera, opracowany w 1996 roku, pozwalający bardzo szybko przeszukiwać bazy danych.

Dwa największe obecnie komputery kwantowe należą do IBM oraz Goolge. Obydwa zawierają 53 kubity, osiągając w ten sposób potencjał obliczeniowy przewyższający największe istniejące superkomputery. Według naukowców 53 kubitowy kwantowy komputer jest w stanie wykonać w 200 sekund obliczenia, które superkomputerom zajęłyby 10.000 lat.

Dlaczego komputery kwantowe to przyszłość?

Dzięki nim można będzie budować nowe, oparte na zasadach mechaniki kwantowej szyfry, niemożliwe do złamania. Komputery przyspieszą żmudne obliczenia, pomagając w ten sposób odkryć nowe materiały i leki, pozwalające uporać się z chorobami, które dzisiaj są uznawane za nieuleczalne. Urządzenia mają znaleźć zastosowanie także w logistyce czy finansach. Pozwolą także stworzyć niezwykle zaawansowaną sztuczną inteligencję i najprawdopodobniej zapoczątkują erę nowego Internetu. Dzięki tym wynalazkom, ludzie będą mogli osiągnąć rzeczy, które byłyby trudne lub wręcz niemożliwe do dokonania za pomocą klasycznej informatyki.